氧化膜加熱解吸后產(chǎn)生清晰規(guī)則的RHEED衍射斑點(diǎn)。解吸時(shí)溫度約為580 °C。
[0037]步驟五，襯底解吸后立即降溫至400 V，溫度穩(wěn)定時(shí)，打開(kāi)Ga源和Te源的快門(mén)，生長(zhǎng)η型GaSb緩沖層。GaSb緩沖層生長(zhǎng)溫度為400 °C，Ga源溫度為810 V’ Sb源溫度為515 °C，Te源溫度為360 °C, V/III束流比為3，生長(zhǎng)厚度為0.1 μπι。
[0038]步驟六，緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后襯底溫度提升到480 V，打開(kāi)Α1源和As源的快門(mén)，生長(zhǎng) 1.2 μ m 厚的 Al0.gGa0.1As0.0gSb。.；；)；； η 型限制層(摻 Te: 4X1017cm3)。A1 源溫度為 1190°C，Ga源溫度為800 °C，As源溫度為160 °C，Sb源溫度為515 °C不變，Te源溫度為360 V不變，生長(zhǎng)速度約為1 μπι/hr。
[0039]步驟七，η型限制層生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉Te源的快門(mén)，生長(zhǎng)0.5 μπι厚非摻雜Ala3GaQ.7AsQ.Q2SbQ.9S下波導(dǎo)層。A1源溫度為1100 °C，Ga源溫度為810 °C，As源溫度為160°C不變，Sb源溫度為515 °C不變，襯底溫度為480 °C不變。
[0040]步驟八，下波導(dǎo)層層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)3個(gè)周期的非摻雜In。.19Ga0.81As0.01Sb0.99/Ala3GaQ.7AsQ.Q2SbQ.9S量子阱有源區(qū)。包括:
(1)打開(kāi)In源的快門(mén)，關(guān)閉A1源的快門(mén)。襯底溫度為460 °C，In源溫度為900 °C，Ga源溫度為810 °C不變，As源溫度為160 °C不變，Sb源溫度為515 °C不變，生長(zhǎng)厚度為10nm。
[0041](2)關(guān)閉In源的快門(mén)，打開(kāi)A1源的快門(mén)。襯底溫度為480 V, A1源溫度為1100°C，Ga源溫度為810 °C不變，As源溫度為160 °C不變，Sb源溫度為515 °C不變，生長(zhǎng)厚度為 20 nm。
[0042](3)重復(fù)進(jìn)行(1)、⑵和(1)，完成3個(gè)周期的非摻雜InQ.19Gaa81AsQ.Q1SbQ.99/Al0.3Ga0.7As0.02Sb0.98量子講有源區(qū)生長(zhǎng)。
[0043]步驟九，有源區(qū)生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉In源的快門(mén)，打開(kāi)A1源的快門(mén)，生長(zhǎng)0.5 μ m厚非摻雜AlQ.3Gaa7AsaQ2Sba98上波導(dǎo)層。襯底溫度為480 °C，A1源溫度為1100 °C，Ga源溫度為810 °C不變，As源溫度為160 °C不變，Sb源溫度為515 °C不變，生長(zhǎng)時(shí)間約30 min。
[0044]步驟十,上波導(dǎo)層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)50 nm厚的Alfai xAsaQ2SbQ.9S非摻雜電子阻擋層材料。襯底溫度為480 °C不變，Ga源溫度為800 V’ As源溫度為160 °C不變，Sb源溫度為515 °C不變。A1源溫度從1090 °C連續(xù)漸變到1190 °C，生長(zhǎng)梯度A1組分的AlGaAsSb材料，A1組分從0.3到0.9梯度變化。為了有效地阻止導(dǎo)帶電子向ρ型限制層的泄漏，特別是在高溫的情況下的泄漏，同時(shí)綜合材料的熱阻及電阻等因素，電子阻擋層的厚度設(shè)定為 50 nm。
[0045]步驟十一，電子阻擋層生長(zhǎng)結(jié)束后，打開(kāi)Be源的快門(mén)，生長(zhǎng)1.2 μπι厚的Ala9GaaiASQ.QSSbQ.92 ρ 型限制層(摻 Be: 5X1018 cm 3) 0 Be 源溫度為 770 °C，A1 源溫度為1190 °C, Ga源溫度為800 °C, As源溫度為160 °C不變，Sb源溫度為515 °C不變，生長(zhǎng)速度約為1 μ m/hr。
[0046]步驟十二，最后關(guān)閉A1源和As源的快門(mén)，生長(zhǎng)0.3 μπι厚的GaSb蓋層。襯底溫度降至400 V，保持Ga源溫度、Sb源溫度和Be源溫度不變，約20 min后完成整個(gè)激光器的外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。
[0047]為展示本發(fā)明的效果，利用Crosslight軟件模擬了本發(fā)明中具有上述外延結(jié)構(gòu)的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器以及現(xiàn)有技術(shù)中的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器。模擬的現(xiàn)有技術(shù)中的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器不具備電子阻擋層，其它結(jié)構(gòu)與本發(fā)明中的上述外延結(jié)構(gòu)相同。模擬結(jié)果由圖3-10展示。
[0048]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器的載流子濃度分布圖，圖4是本發(fā)明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器的載流子濃度分布圖。同現(xiàn)有技術(shù)中GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器相比，本發(fā)明中具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器的P型層中的電子濃度大大降低，幾乎為0，消除了導(dǎo)帶電子從有源區(qū)向ρ型限制層的泄漏的現(xiàn)象。未摻雜的電子阻擋層與P側(cè)波導(dǎo)層形成了較大的導(dǎo)帶帶階，為電子提供了一個(gè)更高的勢(shì)壘，這個(gè)勢(shì)壘有效地抑制電子從量子阱有源區(qū)向ρ側(cè)限制層的泄漏。
[0049]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器的能帶圖，圖6是本發(fā)明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器的能帶圖。從圖中可以看到，未摻雜的電子阻擋層與P側(cè)波導(dǎo)層形成了較大的導(dǎo)帶帶階，但并未使價(jià)帶帶階增大，并不阻擋空穴向有源區(qū)的注入。因此，電子阻擋層的引入不會(huì)引起激光器串聯(lián)電阻的增加。
[0050]圖7是本發(fā)明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器與現(xiàn)有技術(shù)中GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器的俄歇復(fù)合率對(duì)比圖(圖中ESL為電子阻擋層英文縮寫(xiě))。盡管俄歇復(fù)合將產(chǎn)生能量高的熱電子，易脫離量子阱的束縛，但電子阻擋層的引入加大了電子從有源區(qū)泄漏到P區(qū)的難度，有效地減小了阱內(nèi)的俄歇復(fù)合。因而具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器中各個(gè)阱的俄歇復(fù)合率均小于未引入電子阻擋層的器件。
[0051]圖8是現(xiàn)有技術(shù)中GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器在不同溫度下的P-Ι特性曲線圖，圖9是本發(fā)明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器在不同溫度下的P-1特性曲線圖，圖10是本發(fā)明中一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器與現(xiàn)有技術(shù)中GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器在300 K下的P-Ι特性曲線對(duì)比圖(圖中ESL為電子阻擋層英文縮寫(xiě))。這里模擬的激光器條寬為50 μπι，腔長(zhǎng)為1000 μπι。具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器與現(xiàn)有技術(shù)中GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器相比，溫度敏感特性得到改善，閾值電流明顯降低。閾值電流隨溫度變化的敏感程度主要是由俄歇復(fù)合決定的，電子阻擋層有效抑制了量子阱中導(dǎo)帶電子向P型限制層的泄漏，使得激光器各個(gè)阱內(nèi)的俄歇復(fù)合率大大降低，因而有效地提升了激光器性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結(jié)構(gòu)，包括GaSb襯底(1)、緩沖層(2)、n型限制層(3)、下波導(dǎo)層⑷、有源區(qū)(5)、上波導(dǎo)層(6)、電子阻擋層(7)和p型限制層(8)，其特征在于所述p型波導(dǎo)層和p型限制層之間存在電子阻擋層。2.一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結(jié)構(gòu)，包括GaSb襯底(1)、緩沖層(2)、n型限制層(3)、下波導(dǎo)層(4)、有源區(qū)(5)、上波導(dǎo)層(6)、電子阻擋層(7)和p型限制層(8)，其特征在于電子阻擋層導(dǎo)帶電勢(shì)高于p型限制層導(dǎo)帶電勢(shì)。3.根據(jù)專(zhuān)利要求1或2所述的一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于緩沖層(2)是和襯底材料晶格常數(shù)相等或接近的材料，如GaSb、AlSb等。4.根據(jù)專(zhuān)利要求1或2所述的一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于η型限制層(3)、下波導(dǎo)層(4)、上波導(dǎo)層(6)、電子阻擋層(7)、ρ型限制層(8)是可以和襯底匹配的材料，如AlGaAsSb、AlInGaAsSb等。5.根據(jù)專(zhuān)利要求1或2所述的一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于有源區(qū)(5)是InGaAsSb/AlGaAsSb I型量子阱、GaAsSb/GaAs II型量子阱或InAs/(In)GaSb破隙型量子阱。6.根據(jù)專(zhuān)利要求1、2或4所述的一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于電子阻擋層(7)是非摻雜的。7.根據(jù)專(zhuān)利要求1、2或4所述的一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于電子阻擋層(7)的組分是變化的，其中A1組分變化范圍是從0到1。8.根據(jù)專(zhuān)利要求7所述的一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外激光器的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于電子阻擋層(7)中A1組分沿著從p型波導(dǎo)層到p型限制層的方向增加。
【專(zhuān)利摘要】一種具有電子阻擋層的GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器的外延結(jié)構(gòu),涉及半導(dǎo)體激光器外延技術(shù)領(lǐng)域。包括GaSb襯底、緩沖層、n型限制層、n型波導(dǎo)層、有源區(qū)、p型波導(dǎo)層、電子阻擋層和p型限制層，其特征在于所述p型波導(dǎo)層和p型限制層之間存在電子阻擋層，所述電子阻擋層導(dǎo)帶電勢(shì)高于p型限制層導(dǎo)帶電勢(shì)。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠減少量子阱內(nèi)的Auger復(fù)合，抑制量子阱中導(dǎo)帶電子向p型限制層的溢出，有效地提高GaSb基中紅外半導(dǎo)體激光器的性能。
【IPC分類(lèi)】H01S5/343
【公開(kāi)號(hào)】CN105281201
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410346740
【發(fā)明人】安寧, 劉國(guó)軍, 劉超, 李占國(guó), 劉鵬程, 何斌太, 常量, 馬曉輝, 席文星
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)春理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2014年7月21日